电机学实验预习

1、电机系统实验指导书实验一 直流他励发电机一实验目的1掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该电机的有关性能。2通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。二预习要点1什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。2做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？3并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？三实验项目1他励发电机（1）空载特性：保持n=nN，使I=0，测取Uo=f(If)。（2）外特性：保持n=nN，使If =IfN，测取U=f(I)。（3）调节特性：保持n=nN，使U=UN，测取If =f(

2、I)。2并励发电机（1）观察自励过程四实验设备1直流电动机电枢电源（NMEL-18/1）2直流电动机励磁电源（NMEL-18/2）3同步发电机励磁电源/直流发电机励磁电源（NMEL-18/3） 4可调电阻箱（NMEL-03/4）5电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13）6开关板（NMEL-05）7直流电压、毫安、安培表8直流发电机M01 9直流并励电动机M03五实验说明及操作步骤1他励发电机。按图1-3接线S1：双刀双掷开关（NMEL-05）R1：发电机负载电阻（NMEL-03/4中R1）。V、A：分别为直流电压表（量程为300V档），直流安倍表（量程为2A档）。（1）空载特性a打开发

3、电机负载开关S1，将NMEL-18/3中纽子开关拨向直流发电机励磁，直流发电机励磁电流调至最小，接通直流发电机励磁电源，注意选择各仪表的量程。b调节直流电动机电枢电源至最小，直流电动机励磁电流最大，接通直流电动机励磁电源，接通直流电动机电枢电源，使电机旋转。b从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将直流电动机电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。d调节电动机电枢电源至220V，再调节电动机励磁电流，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（额定值），并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。e调节发电机励磁电流，使发电机空载电压达UO=1.2

4、UN（240V）为止。f在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从UO=1.2UN开始，单方向调节直流发电机励磁电流，使发电机励磁电流逐次减小，直至If=o。If=o时对应的电压就是剩磁电压。每次测取发电机的空载电压UO和励磁电流If，只取7-8组数据，填入表1-2中，其中UO=UN和If=0两点必测，并在UO=UN附近测点应较密。表1-2 n=nN=1600r/minUO（V）If（mA）（2）外特性a在空载实验后，把发电机负载电阻R1调到最大值，合上负载开关S1。b同时调节电动机励磁电流，发电机励磁电流和负载电阻R，使发电机的n=nN，U=UN（200V），I=IN（0.5A），该

5、点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流IfN= mA.c在保持n=nN和If2=IfN不变的条件下，逐渐增加负载电阻，即减少发电机负载电流，在额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，直到空载（断开开关S1），共取6-7组数据，填入表1-3中。其中额定和空载两点必测。表1-3 n=nN=1600r/min， If=IfNU（V）I（A）（3）调整特性a断开发电机负载开关S1，调节发电机励磁电流，使发电机空载电压达额定值（UN=200V）。b在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S1，调节负载电阻R1，逐次增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If，使发

6、电机端电压保持额定值U=UN，从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流I和励磁电流If，共取5-6组数据填入表1-4中。表1-4 n=nN=1600r/min，U=UN=200VI（A）If（A）2并励直流发电机（1）观察自励过程a断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮。按图1-4接线。S1、S2：开关（NMEL-05）V、A：直流电压表（量程为300V档）、直流电流表（量程为2A档）。Rf：NMEL-03/4中R2和R3的电阻单相串联（可取其中A相，将A2和A3短接，A1和A4引出），并调至最大。R1：发电机负载电阻（NMEL-03/4中R1）。b断开S1、S2，按前述方法（他励

7、发电机空载特性实验b）起动电动机，调节电动机转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。c合上开关S2，逐渐减少Rf，观察电动机电枢两端电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件，如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。六注意事项起动直流电动机步骤：1、 开励磁电源，并调至最大；2、 把电枢电源旋钮调至最小后再打开电枢电源；3、 慢慢调节电枢电源起动直流电动机。停止直流电动机步骤：1、 把电枢电源调至最小，让直流电动机停下，关掉电枢电源；2、 把励磁电源调至最小后再关掉。 七实验报告1根据空载实验数据，作出空载特性曲线

8、，由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。2在座标纸上绘出他励发电机的外特性曲线，并算出电压变化率：U=´100%3绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。实验二 直流电动机一实验目的1掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。2掌握直流电动机的调速方法。二预习要点1什么是直流电动机的工作特性和机械特性？2直流电动机调速原理是什么？三实验项目1工作特性和机械特性保持U=UN 和If =IfN 不变，测取n、T2 、n=f(Ia)及n=f(T2)。2调速特性（1）改变电枢电压调速

9、保持U=UN 、If=IfN =常数，T2 =常数，测取n=f(Ua)。（2）改变励磁电流调速保持U=UN，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(If)。（3）观察能耗制动过程四实验设备1直流电动机电枢电源（NMEL-18/1）2直流电动机励磁电源（NMEL-18/2）3可调电阻箱（NMEL-03/4）4电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13）5开关（NMEL-05）6直流电压、电流表7直流并励电动机M03五实验方法1他励电动机的工作特性和机械特性。实验线路如图1-6所示。V、A：直流电压表（量程为300V档）、直流电流表（量程为2A档）。a将直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢

10、电源调至最小。检查涡流测功机与NMEL-13是否相连，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”旋钮逆时针旋到底，使船形开关处于“ON”，按实验一方法起动直流电机，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。b直流电机正常起动后，调节直流电动机电枢电源的输出至220V，再分别调节直流电动机励磁电源和“转速/转矩设定”旋钮，使电动机达到额定值：U=UN=220V，I=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。c保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节”转速/转矩设定”旋钮

11、，测取电动机电枢电流I、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。表1-8 U=UN=220V If=IfN= mA实验数据I（A）n（r/min）T2（N.m）计算数据P2（w）P1（w）（%）n（%）2调速特性（1）改变电枢端电压的调速实验线路如图1-6所示。a按上述方法起动直流电机后，同时调节”转速/转矩设定”旋钮，直流电动机电枢电压和直流电动机励磁电流，使电动机的U=UN，I=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2= N.m。b保持T2不变，If=IfN不变，逐次降低电枢两端的电压U，每次测取电压U，转速n和电枢电流I，共取7-8组数据填入表1-9中。表1-9 If=IfN=

12、 mA，T2= N.mU（V）n（r/min）I（A）（2）改变励磁电流的调速a直流电动机起动后，将直流电动机励磁电流调至最大，调节直流电动机电枢电源为220V，调节”转速/转矩设定”旋钮，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2= N.mb保持T2和U=UN不变，逐次减小直流电动机励磁电流，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表1-10中。表1-10 U=UN=220V，T2= N.mn（r/min）If（A）I（A）（3）能耗制动按图1-7接线。R1：采用NMEL-03/4中电阻R1。S：双刀双掷开关（NMEL-05）a将开关S1合向电枢电

13、源端，电枢电源调至最小，磁场电源调至最大，起动直流电机。b运行正常后，将开关S1合向中间位置，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。c重复起动电动机，待运转正常后，把S1合向电阻R1端，选择不同R1阻值，观察对停机时间的影响，记录停机时间。六实验报告1由表1-8计算出 P2和，并绘出n、T2、=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲线。电动机输出功率P2=0.105nT2式中输出转矩T2 的单位为N·m，转速n的单位为rmin。电动机输入功率P1=UI电动机效率=×100由工作特性求出转速变化率：n= ×1002绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U)和n=f(I

14、f)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。3能耗制动时间与制动电阻R1的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？实验三 三相变压器一实验目的1通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。2通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。二预习要点1如何用双瓦特计法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。2三相芯式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？3如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。4变压器空载和短路实验应注意哪些问题？电源应加在哪一方较合适？ 三实验项目1测定变比。2空载实验：测取空载特性U0=f(I0)，P0=f(U0)，cosj0=f(U0)。3

15、短路实验：测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK)，cosjK=f(IK)。4纯电阻负载实验：保持U1=U1N，cosj2=1的条件下，测取U2=f(I2)。四实验设备1交流电压表、电流表、功率、功率因数表2可调电阻箱（NMEL-03/4）3开关（NMEL-05）4三相变压器五实验方法1测定变比实验线路如图2-4所示，被试变压器选用三相变压器。a在三相交流电源断电的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。并合理选择各仪表量程。b合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=0.5UN，测取高、低压线圈的线电压U1U1.1V1、U1V1.1W1、U

16、1W1.1U1、U2U1.2V1、U2V1.2W1、U2W1.2U1，记录于表2-6中。表2-6U（V）KUVU（V）KVWU（V）KWUK=1/3(KUV+KVW+KWU)U1U1.1V1U2U1.2V1U1V1.1W1U2V1.2W1U1W1.1U1U2W1.2U1KUV= U1U1.1V1/U2U1.2V1KVW= U1V1.1W1/U2V1.2W1KWU= U1W1.1U1/U2W1.2U12空载实验实验线路如图2-5所示，其中，图2-5A对应一个交流电压表、一个交流电流表的配置，图2-5B对应三个交流电压表、三个交流电流表的配置。实验时，变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。 A、V、

17、W分别为交流电流表、交流电压表、功率表。功率表接线时，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。a接通电源前，先将交流电源调到输出电压为零的位置。合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压UO=1.2UN。b然后，逐次降低电源电压，在1.20.5UN的范围内，测取变压器的三相线电压、电流和功率，共取67组数据，记录于表2-7中。其中U=UN的点必须测，并在该点附近测的点应密些。c测量数据以后，断开三相电源，以便为下次实验作好准备。 表2-7序号实 验 数 据计 算 数 据U0(V)I0(A)PO(W)UO(V)IO(A)PO(W)cosj0U2U1.

18、2V1U2V1.2W1U2W1.2U1I2U10I2V10I2W10PO1P021234563短路实验实验线路如图2-6所示，变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。接通电源前，将交流电压调到输出电压为零的位置，接通电源后，逐渐增大电源电压，使变压器的短路电流IK=1.1IN。然后逐次降低电源电压，在1.10.5IN的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率，共取45组数据，记录于表2-8中，其中IK=IN点必测。实验时，记下周围环境温度（0C），作为线圈的实际温度。表2-8 = OC序号实 验 数 据计 算 数 据UK（V）IK（A）PK（W）UK（V）IK（A）PK（W）cosjKU1

19、U1.1V1U1V1.1W1U1W1.1U1I1U1I1V1I1W1PK1PK2123454纯电阻负载实验实验线路如图2-7所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈经开关S(NMEL-05)接负载电阻R，R选用NMEL-03/4中R2电阻。a 将负载电阻RL调至最大，合上开关S接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=U1N。b在保持U1=U1N的条件下，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，测取变压器三相输出线电压和相电流，共取56组数据，记录于表2-9中，其中I2=0和I2=IN两点必测。表2-9 UUV=U1N= V ；cosj2=1序号U（V）I（A）U1U1.1V1U1V1.1

20、W1U1W1.1U1U2I1U1I1V1I1W1I212345 六注意事项在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。 七实验报告1计算变压器的变比根据实验数据，计算出各项的变比，然后取其平均值作为变压器的变比。 2根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数(1) 绘出空载特性曲线U0=f(I0)，P0=f(U0)，cos0=f(U0) 。式中 (2)计算激磁参数从空载特性曲线查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式求取激磁参数。 3绘出短路特性曲线和计算短路参数（1）绘出短路特性曲线UK=f(IK)，PK=f(IK)，

21、cosjK=f(IK)。式中 （2）计算短路参数从短路特性曲线查出对应于IK=IN时的UK和PK值， 并由下式算出实验环境温度qOC时的短路参数 折算到低压方 换算到基准工作温度的短路参数为和，计算出阻抗电压。 IK=IN时的短路损耗PKN=3I4利用由空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“”型等效电路。5变压器的电压变化率U（1）根据负载实验数据绘出cosj2=1时的特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出I2=I2N时的额定电压变化率U。 （2）根据短路实验求出的参数，算出I2=IN，cosj2=1时的电压调整率U 实验四 三相变压器的联接组和不对称短路一实验目的1掌握用实验方法测

22、定三相变压器的极性。2掌握用实验方法判别变压器的联接组。3研究三相变压器不对称短路。二预习要点1联接组的定义。为什么要研究联接组?国家规定的标准联接组有哪几种?2如何把Y/Y-12联接组改成Y/Y-6联接组以及把Y/D-11 改为Y/D-5联接组？3在不对称短路情况下，哪种联接的三相变压器电压中点偏移较大？三实验项目1测定极性。2连接并判定以下联接组。（1）YY-12（2）Y-113不对称短路。（1）YY0-12单相短路（2）YY-12两相短路四实验设备1交流电压表、电流表、功率、功率因数表2可调电阻箱（NMEL-03/4）3旋转指示灯及开关（NMEL-05）4三相变压器五实验方法1测定极性（

23、1）测定相间极性a按照图2-8接线，1U1、1U2间施加约50%的额定电压，测出电压U1V1.1V2、U1W1.1W2、U1U1.1W1，若U1U1.1W1=|U1V1.1V2-U1W1.1W2|，则首末端标记正确；若U1U1.1W1=|U1V1.1V2+U1W1.1W2|，则首末端标记不对，须将V、W两相任一相绕组的首末端标记对调。b用同样方法，将V、W两相任一相施加电压，另外两相末端相连，定出每相首、末端正确的标记。（2）测定原、副方极性a暂时标出三相低压绕组的标记2U1、2V1、2W1、2U2、2V2、2W2，然后按照图2-9接线。原、副方中点用导线相连。b高压三相绕组施加约50%的额定

24、电压，测出电压U1U1.1U2、U1V1.1V2、U1W1.1W2、U2U1.2U2、U2V1.2V2、U2W1.2W2、U1U1.2U1、U1V1.2V1、U2W1.2W1，若U1U1.2U1=U1U1.1U2-U2U1.2U2，则U相高、低压绕组同柱，并且首端1U1与2U1点为同极性；U1U1.2U1=U1U1.1U2 +U2U1.2U2，则1U1与2U1端点为异极性。c用同样的方法判别出1V1、1W1两相原、副方的极性。高低压三相绕组的极性确定后，根据要求连接出不同的联接组。2检验联接组（1）YY-12按照图2-10接线。1U1、2U1两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的额定电压，测

25、出U1U1.1V1、U2U1.2V1、U1V1.2V1、U1W1.2W1及U1V1.2W1，将数字记录于表2-11中。 表2-11实 验 数 据计 算 数 据U1U1.1V1(V)U2U1.2V1(V)U1V1.2V1(V)U1W1.2W1(V)U1V1.2W1(V)KLU1V1.2V1(V)U1W1.2W1 (V) U1V1.2W1 (V)根据YY-12联接组的电动势相量图可知：若用两式计算出的电压U1V1.2V1，U1W1.2W1，U1V1.2W1的数值与实验测取的数值相同，则表示线图连接正常，属YY-12联接组。（2）Y-11按图2-12接线。1U1、2U1两端点用导线相连，高压方施加对

26、称额定电压，测取U1U1.1V1、U2U1.2V1、U1V1.2V1、U1W1.2W1及U1V1.2W1，将数据记录于表2-13中表2-13实 验 数 据计 算 数 据U1U1.1V1(V)U2U1.2V1(V)U1V1.2V1(V)U1W1.2W1(V)U1V1.2W1(V)KLU1V1.2V1(V)U1W1.2W1 (V)U1V1.2W1(V)根据Y-11联接组的电动势相量可得 若由上式计算出的电压U1V1.2V1、U1W1.2W1、U1V1.2W1 的数值与实测值相同，则线圈连接正确，属Y-11联接组。 3不对称短路（1）YY0连接单相短路实验线路如图2-14所示。被试变压器选用三相芯式变压器。接通电源前，先将交流电压调到输出电压为零的位置，然后接通电源，逐渐增加外施电压，直至副方短路电流I2KI2N为止，测取副方短路电流和相电压I2K、U3U1、U2V1、U2W1原方电流和电压I1U1、I1V1、I1W